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最大的垃圾场,其实就在我们头顶上,人类该如何清理?

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  人类最大的垃圾场,其实就在我们头顶上。自从苏联发射人类第一颗人造卫星斯普特尼克1号以来,全世界各国一共执行了超过4000次的发射任务,产生了大量的太空垃圾。

  

  太空垃圾又名空间碎片,通常有以下几种:

  首先是失效的航天器,一些卫星在完成任务后,如果能通过技术手段进入“坟墓轨道”,也就是位于地球同步轨道平均高度350公里以上,用来储存废弃航天器的轨道,或者进入地球大气层烧毁更完美,如果没有采取这些措施,它就会滞留在轨道上成为太空垃圾,而这种失效的航天器是往往也是最大的太空垃圾。

  

  第二种是火箭末级,将卫星送入轨道的火箭末级,完成星箭分离后,一般会漂浮在轨道上,虽然已经完成任务,但箭上的推进剂、高压气、电池一般都还没有用完,这些东西随时会引发火箭爆炸,变成更多的空间碎片。

  还有的是已经发生爆炸或者出现碰撞事物的失效航天器,1991年12月底,俄罗斯的一颗失效卫星,宇宙1934号,就撞上了本国另一颗卫星宇宙926号,释放出大量碎片,前者一分为二,后者零碎到无法跟随。

  

  另外还有一些航天器上的脱落的部件、油漆片,甚至是航天员出舱时不小心弄丢的工具包,还有从太空垃圾舱口喷出的冷冻尿液,这些,都属于太空垃圾。

  太空垃圾也有分类,大于10厘米的一般称为大碎片,尺寸在1~10厘米的是危险碎片,小于1厘米的是小碎片。

  

  所有这些太空垃圾主要分布在近地轨道、地球同步轨道。根据2019年1月份欧空局的调查数据来看,目前太空中的打水漂已经超过3.4万个,危险的碎片高达90万个,小碎片可能有几千万个,并且这个数据还在增长中。

  

  这些太空垃圾会产生什么样的伤害?

  太空垃圾一般在近地轨道上是以每秒7-8公里速度运行,在地球静止轨道上则是以每秒3公里的速度运行,与此同时,航天器也同样在高速运行,据计算,一块10克重的太空垃圾撞上卫星,就相当于两辆100公里/小时的汽车相撞,卫星会在1.5秒内被打穿或者直接击毁。

  

  到目前为止,已经发生过很多因为太空垃圾而引发的事故了。

  2009年,在西伯利亚冻土带上方800公里的太空中,俄罗斯的退役通讯卫星宇宙2251号和承担电话中继任务的铱星33号亲密接触,猛烈地撞击把两颗卫星变成了2100块碎片,卫星残骸甚至扩展成了一朵碎片云,每块碎片都可以摧毁一颗价值连城的人造卫星,两年后,国际空间站不得不移动来避开碰撞留下的水平,2012年,和空间站擦身而过的碎片最近只有120米。

  

  像这样的事件发生的概率是3.7%,以此计算,每5~10年就会发生一次太空垃圾与航天器相撞的事件,到2020年可以达到每2年一次。

  NASA顾问唐纳德·凯斯勒在1978年提出过一个名叫凯斯勒综合征的理论,这个理论认为,当近地轨道上的太空垃圾多到一定程度后,人造卫星和航天器经常被撞击,进而又产生更多太空垃圾,形成恶性循环,最后使得发射航天器的工作不得不停止。人类目前离“凯斯勒综合征”越来越近了。

  

  凯斯勒向人类发出这个警告后,NASA就立即成立了轨道碎片项目组,跟踪宇宙垃圾,对大大小小的太空垃圾进行监测。

  目前也有很多科学家提出了清除太空垃圾的构想,要么将空间碎片放入太空中位置不那么重要的弃置区,要么就是有控制地将太空垃圾推入地球大气层中烧毁。

  弃置区是什么?我曾经看到一种构想是这样的,在靠近拉格朗日点的地方,也就是一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点,处于这个点上的小物体,相对于两个大物体能基本保持静止。这个小物体,就是太空垃圾。将太空垃圾放到这里,建一个“垃圾球”怎么样?

  

  当然最理想,成本相对来说没这么高的,还是将太空垃圾推入大气层中。最近,我国的天津大学研发出一种新型连续体仿生机器人,据说可以跟随火箭升空捕捉太空垃圾,它的身形近似于大象鼻子和章鱼触角,柔软可伸缩,又可以有力地抓取物品,在视野盲区,机器人可以利用安装在末端的摄像头,绕过障碍物对目标进行抓取,看起来有望成为一名太空“捕手”。

  

  英国萨里航天中心想出了一种用“鱼叉”捕获太空碎片的方法,当捕捉的目标碎片处于1.5米外时,航天器会发射一个小型“鱼叉”,以每小时70公里的速度击穿碎片,然后将其拖到大气层中燃烧。

  欧空局现在已经确定了一项2025年清理太空的发射任务,这将是史上第一次捕获并处理轨道上太空垃圾的任务,计划是制造一种特殊的卫星,“清洁太空-1”,这种卫星会用爪子抓牢太空垃圾,把它护送到较低的轨道,两者一同进入大气层同归于尽。

  

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